Bài giảng chuyên đề sắc ký khí

CHUYÊN ĐỀ SẮC KÝ (CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG) CHUYÊN ĐỀ SẮC KÝ (CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG) TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ VẬT LIỆU, KHOA HÓA TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴ.

CHUYÊN ĐỀ: SẮC KÝ (CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG) Sample Mobile phase Detector t1 t2 t3 t4 Detector signals t0 t0 t1 t2 t3 t4 Time TS NGUYỄN ĐÌNH LÂM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ VẬT LIỆU, KHOA HÓA TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG A ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ (Chromatography) Được phát minh nhà sinh vật học người Nga – Mikhail Tswest Tách Chlorophills Xanthophylls CaCO3 Tiếng Hy-lạp: Chroma: màu Graphein: ghi Sắc ký màng mỏng (planar chromatography), Sắc ký cột (Column chromatography) Phương pháp sắc ký: ✓ Kỹ thuật tách (seperation) cấu tử hệ đồng thể (khí lỏng) ✓ Cân nồng độ cấu tử hai pha tiếp xúc nhau: pha tĩnh (stationary phase) pha động (mobile phase) ✓ Sự phân tách dựa tốc độ kéo theo (elution) khác cấu tử cột (column) ✓ Một đầu dò (detector) đầu cột cho phép định lượng liên tục cấu tử hỗn hợp đầu ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ (Chromatography) Injector Flow of Mobile Phase Detector T=0 T=10’ T=20’ Most Interaction with Stationary Phase Least Sắc ký phân tách (Elution chromatography) Phân tách sắc ký: Các chất tan bị rửa qua pha tĩnh nhờ chuyển động pha động qua Mẫu Pha động Detector t1 t2 t3 t4 Tín hiệu detector t0 t0 t1 t2 t3 t4 Thời gian Sắc ký phân tách (Elution chromatography) Phân tách sắc ký: Các chất tan bị rửa qua pha tĩnh nhờ chuyển động pha động qua cột chứa pha tĩnh Pha động Sắc ký đồ (Chromatogrames) Điều kiện để thu sắc ký đồ: - Đầu dò (Detector) lắp đặt điểm cuối cột - Đầu dị tương thích với chất cần phát Sắc ký đồ: Biểu diễn biến thiên tín hiệu theo thời gian theo thể tích tiêu hao pha động Các peaks đối xứng (hoặc khơng đối xứng) Phân tích định tính (qualitative) định lượng (quantitative) Sắc ký đồ (Chromatogrames) • Vận tốc di chuyển tương đối (relative migration rates) • Sự giãn peak (band broadening) Sự phân giải (resolution) Vận tốc di chuyển chất tan (Migration rates of solutes) Thời gian lưu tR (Retention time) Tốc độ di chuyển trung bình chất tan L v= tR Tốc độ di chuyển trung bình pha động L u= to Vận tốc di chuyển chất tan (Migration rates of solutes) Hệ số phân bố K (Partition Ratios) Cân phân bố chất tan pha động pha tĩnh Amobile cs K= cM Astationary Quan hệ tốc độ di chuyển hệ số phân bố v = u moles of solute in mobile phase total moles of solute v = u cM VM = u cM VM + cSVS + cSVS cM VM v = u 1 + KVS VM VS VM xác định dựa theo phương pháp chuẩn bị cột Vận tốc di chuyển chất tan (Migration rates of solutes) Hệ số khả (Capacity Factor) Thông số thực nghiệm quan trọng Mô tả tốc độ di chuyển chất tan cột Đối với chất tan A, hệ số khả k’A: k A' = K AVS VM  v = u 1 + k A' tR tM L L =  t R t M + k A'  k A' = tR − tM tM B Sắc ký lỏng hiệu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC) Pha tĩnh-Pha đảo Pha tĩnh bình thường LC (Stationary Phases for Reversed-Phase LC) (Stationary Phases for Normal LC) ✓ Gốc R C8 (n-octyl), C12 (n-octyl) C18 (n-octyldecyl) ✓ Pha động H2O + dung mơi hịa tan (acetonitrile, methanol, ethanol, isopropanol) ✓ Các cấu tử phân cực bị rửa nhanh nhất, tăng độ phân cực pha động làm tăng thời gian chạy mẫu ✓ Pha động tương đối không phân cực: Hexane, Isopropyl eter, toluene… ✓ Các cấu tử không phân cực bị rửa nhanh nhất, tăng độ phân cực pha động giảm thời gian chạy mẫu B Sắc ký lỏng hiệu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC) Ảnh hưởng chất pha tĩnh đến chất lượng tách Pha đảo B Sắc ký lỏng hiệu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC) Sơ đồ nguyên lý HPLC B Sắc ký lỏng hiệu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC) Các yêu cầu dung môi ✓ Áp suất bơm: vài trăm atm (6000psi), lưu lượng 0,1 – 10 ml.min-1 với E Methanol > Acetonitrile > Ethanol > Oxydipropionitrile Non-polar Solvents N-Decane > N-Hexane > N-Pentane > Cyclohexane Lựa chọn pha động pha tĩnh Chủ yếu dựa vào phân cực cấu tử phân tích, pha động, pha tĩnh Quy tắc chung: độ phân cực (polarity) cấu tử cần phân tích pha tĩnh tương đương cịn pha động có độ phân cực sai biệt Khi độ phân cực cấu tử pha tĩnh giống nhau: thương tác mạnh cấu tử cần phân tích pha tĩnh  thời gian phân tích kéo dài B Sắc ký lỏng hiệu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC) Tính chất số loại dung môi sử dụng HPLC B Sắc ký lỏng hiệu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC) Hệ thống nạp mẫu (Sample Injection Systems) Sử dụng valve cổng Nạp mẫu qua vòng lấy mẫu (sampling loops)  Sắc ký lỏng đại Có thể thay thể sampling loops từ l đến 500 l Sai số lượng mẫu nạp 1% B Sắc ký lỏng hiệu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC) Cột sắc ký HPLC ➢ Thông thường: L = 10 – 30 cm nối tiếp cột hoăc nhiều ID = – 10 mm, kích thước hạt nhồi: 3, 10m 40.000 – 60.000 đĩa/m cột ➢ Cột tốc độ cao hiệu L = - cm nối tiếp cột hoăc nhiều ID = – 4,6 mm, kích thước hạt nhồi:  m 100.000 đĩa/m cột Cột bảo vệ (Guard Column) Được lắp đặt trước cột phân tách để kéo dài tuổi thọ cột Thành phần = thành phần cột phân tách cỡ hạt lớn để giảm tổn thất áp suất B Sắc ký lỏng hiệu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC) Ổn định nhiệt độ cột (Column Thermostats) ➢ Phần lớn ứng dụng cua HPLC thực nhiệt độ phòng ➢ Tuy chất lượng sắc ký đồ tốt trì nhiệt độ cột khơng thay đổi (sai số < 0,05°C) ➢ Thiết bị HPLC đại trang bị thêm lò gia nhiệt cho cột (Column heater) ổn định nhiệt độ gần 150°C với sai số < 0,05°C ➢ Trang bị hệ thống phun nước làm lạnh (water jackets fed) từ bể ổn nhiệt để khống chế xác nhiệt độ B Sắc ký lỏng hiệu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC) Đầu dò (Detector) dùng cho HPLC Khơng nhạy có khả phân tích đa dạng detector GC Thường gặp Detector UV-Vis LOC: Limit Of Detection Mass LOD = concentration (mol/L) x inj vol (L) x FW (g/mol) B Sắc ký lỏng hiệu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC) UV-Vis and Fluorescence Detector Electrochemical Detector  = 200-400nm  sử dụng 254 nm Amperometric detection = fixed potential and measure the current response B Sắc ký lỏng hiệu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC) Refractive Index Detector B Sắc ký lỏng hiệu cao (Hight-Performance Liquid Chromatography - HPLC) Các phương pháp nâng cao độ phân giải HPLC ✓ Tăng chiều dài cột (Increase column length) ✓ Giảm đường kính cột (Decrease column diameter) ✓ Giảm lưu lượng pha động (Decrease flow-rate) ✓ Pha tĩnh (vật liệu nhồi cột) đồng (Uniform stationary phase (packing)) ✓ Giảm thể tích bơm mẫu (Decrease sample size) ✓ Lựa chọn pha tĩnh (Select proper stationary phase) ✓ Lựa chon pha động tinh khiết (Select proper mobile phase) ✓ Sử dụng áp suất ổn định (Use proper pressure) ✓ Thành phần pha động thay đổi hợp lý (Use gradient elution) So sánh HPLC GC (Comparison of HPLC and GLC) Các đặc điểm chung: ✓ Hiệu quả, độ chọn lọc cao, ứng dụng rộng rãi ✓ Thể tich mẫu nhỏ ✓ Có thể không phá hủy mẫu (nondestructive of sample) ✓ Định lượng dễ dàng Ưu điểm HPLC ✓ Áp dụng với mẫu không bay không bền nhiệt ✓Áp dụng cho ion vô Ưu điểm GC ✓ Thiết bị đơn giản rẻ ✓ Nhanh chóng ✓ Dễ dàng kết nối với phổ khối ... cột sắc ký Dung môi ngưng tụ cột với cấu tử khác, sau bốc hơi, tái phân bố lại chất cần phân tích B Sắc ký khí (Gas-Liquid Chromatography) Các vùng có gia nhiệt hệ sắc ký khí (GC) B Sắc ký khí. .. T sôi Cột sắc ký B Sắc ký khí (Gas-Liquid Chromatography) So sánh sắc ký đồ hai chế độ: Isothermal chương trình hóa nhiệt độ Chương trình hóa nhiệt độ Hệ số khả Độ phân giải B Sắc ký khí (Gas-Liquid... column - Pha tĩnh phủ vào mặt cột (0,2 - 1m) B Sắc ký khí (Gas-Liquid Chromatography) Cột sắc ký (Column) wall-coated open-tubular (WCOT) column B Sắc ký khí (Gas-Liquid Chromatography) Cấu tạo cột